摘要:随着我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展,水资源短缺和水环境污染日趋严重。在传统的水资源工程(水坝或需钻井至很深的地层取水)已对日渐庞大的水资源需求不胜负荷,且优良的坝址已不易寻找,而地面水资源和地下水的大量开发,难免会对地面建筑及植被造成影响,如何将丰富的“天赐之水”取之利用,即「雨水资源收集及利用」实为当务之急。 关键词:水资源短缺 水资源工程 雨水收集及利用 一、雨水收集的必然性 《光明日报》在2005年8月份曾有一篇文章中指出:当前国家供水安全和水环境问题突出表现在以下几个方面, 一是城镇供水环境污染日益严重,城市水域受污染率高达90%以上,不少城市供水水源受到威胁。二是污水处理改造建设滞后于城镇化进程,管网不配套,运行效率不高,超过一半以上的污水直接排放。三是城镇供水管网漏失率在20%左右,每年损失的自来水近100亿立方米。四是城镇供水水质局部恶化,自建供水设施和二次供水达标率较低。多数小城镇供水水质缺乏保障。五是缺水城镇的范围进一步扩大,全国660座城市中,有400多座缺水,110座严重缺水。六是每年城市垃圾无害化处理不足20%,地下水源受污染程度日益加剧。 由此可见,在现代我国供水方案方式、管理上以及普遍国民的环保意识不足,由于这些方面的原因,突出了我国水资源短缺与水资源需求不断增长的矛盾。针对这一矛盾,建设部副部长仇保兴曾表示:国家将采取7项举措来应对城镇供水安全和水环境面临的严峻挑战,推广建筑和住宅小区雨水收集。 我们的地球表面3/4是海洋,海水约占96%以上,可利用的淡水仅占约2.5%,而其中约1.7%存在南北极及冰川,而可利用水仅占0.8%;2005年全球的人口数量已接近达到65亿,中国就有13亿人口。具我国水文局的数据显示,我国的年平均降雨量为840毫米①,那么在我们拥有960万平方公里的土地上,一年上天就可以给我们提供8000亿吨的雨水。就以上海地区来说,按上海市水务局有关人员的统计,上海市在2005年的平均降水量为1124毫米,那么在拥有上海6350平方公里的土地上就有70亿吨的雨水储量,扣除蒸发、渗透等因素,水务部门估计,可以收集利用的雨水将有24亿吨。“24亿吨”是什么概念?以上海市平均每天用水量“500万吨”为除数去除,可以得出“480”这个数字。这意味着,如果能把24亿吨流失的雨水都利用起来,那么就完全可以满足全体上海人需求的水资源。 二、怎样收集利用雨水 收集雨水首先要有一个集水面,再配一套输水管,再通过沉淀、过滤一部分的杂物,最后汇总到蓄水池。收集雨水的系统并不复杂,投入最大的是蓄水池,其次是输水管。就雨水收集系统而言,集水面一般是在构筑物顶和道路路面,输水管可与一般的雨水排放管道相同,唯一需要注重考虑的是蓄水池的尺寸与位置的选择,位置与环境的协调融洽等因素。而设置蓄水池也并不是一件很复杂的事,只要在每栋房前的花园或绿地底下建一个蓄水池,上面留一供取水和清扫池底垃圾的口,有必要的话,还可以在顶上复盖土并种上绿化,这样,完美的蓄水池也就完成了。 雨水的收集方式要根据不同区域进行不同的选择:对于城区,雨水设有专门的收集系统,与生活、工业废污水收集系统分离,通过自来水厂处理,作为饮用水;对于非城区,修建雨水收集坡面,沟渠,所有收集到的雨水导入大小不等的水坝,通过湿地等技术进行处理,然后作为非饮用水进行利用。 三、雨水收集的水质控制 用以上方法收集来的雨水并非是纯净的水。雨水水质控制是现代城市雨水利用不可忽视的问题。影响雨水质量的原因主要有这么几个方面: (1)一是由于大气的污染,直接由降水带来的污染物。城市的大气污染日趋严重,致使雨水水质下降,不少城市出现酸雨。 (2)其次是屋面材料的影响和在非降雨期屋面上积累的大气沉降物。 (3)路面材料、汽车排泄物,生活垃圾、裸露或植被地带冲出的泥沙等等,都可能对收集的雨水水质带来污染的复杂性,其成分复杂,随机性很大。 为了有效控制雨水的水质,我们就必须采取一些措施,如;路面雨水截污装置、初期雨水弃流装置等等。 1.路面雨水截污装置 为了控制路面带来的树叶、垃圾、油类和悬浮固体等污染物,可以在雨水口和雨水井设置格删、截污挂篮和专用编织袋等,或设计专门的浮渣隔离、沉淀截污井等措施,这些设施需要定期清理。 2.初期雨水弃流装置 设计特殊装置分离污染较重的初期径流,保护后续渗透设施和收集利用系统的正常运行。合理确定并分离初期径流水量和有效地对随机的降雨进行控制是这种装置的技术关键. 北京泰宁科创科技有限公司生产的"雨水弃流自动控制装置"主要是由控制器和控制机构两大部分组成,控制器可以根据预先设定的弃流量和降雨量值在降雨过程中及时控制执行机构动作,开、关雨水排水系统末端的电动阀或安装在室外雨水管上弃留井内的电动阀板,完成初期雨水弃流与中、后期降雨收集过程的转换。 3.除了上述源头控制措施外,还可以在径流的输送途中或终端采用雨水滞留沉淀、过滤、吸附及人工湿地等处理技术。 人工湿地是用土壤和填料(如砾石等)混合而人为地填在有一定长宽比和底面坡度的洼地上,使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动,并在床体表面种植具有性能好,成活率高,抗水性强,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇,水葫芦等)形成一个独特的动植物生态体系②。 四、雨水收集的利用 雨水的收集和利用可以为我们带来许多的好处,我们可以把收集来的雨水用于日常生活,如洗衣洗车、冲洗厕所。当然浇灌绿化、冲洗马路、消防灭火等等更是雨水利用的大户。我国的雨水收集利用开始比较晚,在国外推广和使用的经验要比我们成熟的多。如今在国外,对雨水收集有单独的一套法律法规,而中国,却没有。我们对雨水的收集利用技术还是处于一种摸索阶段,而在国外已有一部分的成功范例和大量的实际经验。 (一).国外已有许多雨水收集利用的成功范例③。 1.日本于1963年就开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。东京都墨田区把降到各家屋顶的雨水通过导水管收集到水箱中,然后用于冲厕所、浇庭园和洗车等。 2.德国已经运行十年的公共汽车洗车工程利用1000m2屋面雨水作为主要的冲洗水源;法兰克福苹果轧汁厂将绿色屋面雨水作为冷却循环水源等。特别是1992年建于柏林市的某小区雨水收集利用工程,将160栋建筑物的屋顶雨水通过收集系统进入三个容积为650m3的贮水池中,主要用于浇灌,将溢流雨水和绿地、步行道汇集的雨水通过人工湿地的处理技术,之后进入一个面积为1000m2、容积为1500m3的水塘(最大深度3m)。水塘中以芦苇为主的多种水生植物,同时利用太阳能和风能使雨水在水道和水塘间循环,连续净化,保持水塘内水清见底,形成植物鱼类等生物共存的生态系统。遇暴雨时多余的水通过渗透系统回灌地下,整个小区基本实现雨水零排放。 3. 澳大利亚在雨水利用方面做得非常好。比如他们在很多新开发居民点附近的停车场、人行道铺的都是透水砖,并在地下修建地下蓄水管网。雨水收集后,先被集中到第一级人工池里过滤、沉淀;然后,在第二级池子里进行化学处理,除去一些污染物;最后在第三个种有类似芦苇的植物并养鱼的池塘里进行生物处理,也就是让池塘中的动植物吃掉一些有机物。经过这三道工序后,雨水就被送到工厂作为工业用水直接利用。 (二).我国的雨水利用情况。 国内雨水利用虽具有悠久的历史,而真正意义上的雨水利用的研究与应用却从20世纪80年代开始,并于90年代发展起来,最初只是对城市的雨水回收利用的研究。但总的来说技术还较落后,缺乏系统性,更缺少法律、法规保障体系。20世纪90年代以后,我国特大城市的一些开发商为了提高自身楼盘的品质,也陆续地以作为楼盘的一大亮点来建造雨水收集系统,随着大家对水资源的认识的深入,吸取国外的成功经验,考虑我国实质的水资源国情,国家有关水资源负责部门、国家领导,着力推广雨水收集利用的绿色工程。 1.2005年新华社曾有一篇报道中提到:“北京将沿用多年的‘防汛’口号改为‘迎汛’,希望各有关部门在切实做好防灾工作的同时,应尽可能为北京多留住些雨水。为此,市政府做出表率,在市政府大院里修建了蓄水池。5月16日北京大雨,市政府蓄水池共蓄水42立方米,可以浇灌1.5万平方米的草坪。目前,北京城区已有22个这样的集雨工程,年利用雨水资源达到35万立方米,但这对北京雨洪利用来说只是起步。” 2.在南部水资源相对北部比较充足的一些城市,在近几年也努力实施收集雨水这一绿色环保资源的工程。在上海浦东著名的孙桥现代农业园区,就把 6万平方米的大棚顶盖的雨水开发起来,他们把每座大棚的排水侧沟都连结起来,通向四座大型蓄水池。每座长60米宽25米深3米的蓄水池,能积蓄3000立方米的雨水。经过沉淀、过滤,雨水变成了优良而廉价的农业用水,浇灌出了最优质的瓜果蔬菜!当时,市水务局副局长朱石清曾谈到:今后,我们要努力收集雨水,加以利用。除了在农业方面要努力推广孙桥等地的经验外,还有许多要提倡和实施的方法:在路面和广场大力推广渗水材料和结构,让大部分地面的雨水径流成为回灌水源;在高架两侧地下建设若干蓄水池,使沿高架流下的雨水可以在这里就地回收,晴日时抽出养育高架旁的花草树木;对有条件的坡屋顶,要提倡建设蓄水系统,利用蓄积的雨水来冲地、洗车……他特别介绍,利用雨水,也是绿色世博的一项重要内容:有关部门已经酝酿计划,在2010年世博会上,大多数建筑物将像世纪圆顶一样,附设集雨设施,世博会期间,世博园内的一般生活用水,都可望由雨水来承担。(摘自2005年文汇报) 3.上海、北京、南京等城市的一些房地产开发商,通过积蓄雨水打造水景小区,实现了高档住宅“靠天增值”。如: ①:北京市海淀区双紫园小区占地面积2.36公顷,除部分道路建成透水道路或采用渗水砖材料来收集路面的雨水及绿地溢水和其他的水源。部分建筑物屋顶雨水排入下凹式绿地,其余建筑物、道路的雨水收集处理后进入蓄水池贮蓄,用于洗车、灌溉及冲洗厕所。 ②:南京聚福园小区在当初设计时就考虑到雨水利用,他们的做法就是下雨时将雨水通过下水管引入地下“蓄水池”,这些雨水经过处理后就可以用于小区绿化和景观用水。 ③:上海市的第一个生态小区——万科朗润园小区将在上海闵行七宝建成。小区内部配备了不单有废水处理回用技术,还配备了雨水收集系统:雨水→人工生态湖→人工湿地→提升泵→改善的小区微环境。 五、结束语 随着全国人民环保意识的增强,雨水利用会逐渐地被大家所接受,直接或间接地得到逐步发展,这一点已被西方发达国家所证实。至今雨水利用已进入实质性的推广实施阶段,这是一个符合可持续发展理念并具有巨大发展潜力的领域。当务之急是尽快制定出有关雨水利用的技术指南、技术标准,设计规范;加强雨水利用工作的技术立法;因地制宜,推广雨水利用技术;采用“贴近自然,还原生态”的方式,以达到保护环境,科学发展,充分合理利用雨水资源的目的。 ①: 建设部关于征求国家标准《住宅性能评定技术标准》(征求意见稿)意见的函 ——————————建标标函〖2004〗55号 ②: 白晓慧、王宝贞、等,人工湿地污水处理技术及其应用发展 — 哈尔滨工业大学学报 ③:尉永平、张国祥,《国内外雨水利用情况综述》 — 山西水利科技 1997.2 |